添加材料对黄绵土团聚特性的影响

探究不同添加材料对黄绵土团聚体数量、水稳性团聚体稳定率、团聚体大小和分形维数等的影响,以期为增加黄绵土土壤团聚体和提高其稳定性提供科学依据。在陕西富平中试基地设置野外培养试验,以黄绵土为研究对象,通过添加材料(玉米秸秆和生物质炭),设置4个试验,分别为对照(零添加,CK)、玉米秸秆(5%,S1)、生物质炭(5%,S2)、玉米秸秆与生物质炭混施(各5%,S3),培养30 d后,采集黄绵土土壤样品,利用团聚体测定常用干法和湿法进行测定稳定性指标。结果表明:在整个培养过程中,添加玉米秸秆的处理较其它处理需水量高。通过干法和湿法测定黄绵土不同粒径的团聚体百分含量,各处理下黄绵土不同粒径团聚体含量呈现相同趋势,0.25 mm的团聚体含量的大小次序分别为S3S2S1CK。水稳性团聚体稳定率以S3处理最高,在干法和湿法处理下,土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径大小顺序趋势一致,均为S3S2S1CK。湿法下,黄绵土土壤团聚体分形维数与0.25 mm土壤团聚体含量存在良好的负相关线性关系,即R~2=0.960 4。综合分析表明,添加材料可有效改善土壤结构,增加其稳定性,并且混合使用材料对土壤团聚体改善效果优于单一添加材料。     

秸秆和生物炭对砒砂岩与沙“复配土”稳定性的影响

本研究将不同有机物料添加到砒砂岩与沙体积比为1∶2的复配土中,试验设置4个处理,对照(不添加有机物料,CK)、单施秸秆(秸秆5%,T1)、单施生物炭(生物炭5%,T2)、配施生物炭和秸秆(生物炭5%+秸秆5%,T3),分别培养30 d后采集土壤样品,分析各处理的土壤需水量、团聚体粒径分布、水稳性团聚体稳定效率、平均重量直径、平均几何直径和分形维数等。研究结果表明:培养周期,四种处理的平均需水量以对照最高,且处理间差异显著(P0.05)。各处理的团聚体百分含量(0.25 mm)以CK最低,T3最高,趋势呈现为CK T1T2T3,添加有机物料后的复配土稳定性指标均比对照高,且混施物料对团聚体稳定指标改善效果优于单一物料。在干筛法和湿筛法处理下,不同团聚体分形维数的范围为2.79～2.89,表现趋势为T3 T2 T1 CK;湿筛法,复配土分形维数(y)与WR_(0.25)(x)之间存在良好的线性方程关系,即为y=-0.002 8x-2.989 2,且R~2=0.93。研究综合分析,通过增加有机物料的施入可有效增加复配土稳定性,并且可改善结构,而且有机物料的混施后的改善效果更好。     

基于蓄排水模式下盐碱地土壤稳定性空间变异效应研究

针对陕西卤泊滩盐碱地在蓄排水模式下对土壤物理特征、稳定性及有机碳储量的影响展开研究,力求为提高治理盐碱地的土壤物理性质、稳定性及有机碳储量提供科学依据。在陕西富平设置盐碱地模型试验,分别设置排水和蓄水2种处理,测定分析0~30cm土层土壤容重、孔隙度、田间持水量及平均质量直径(WMD)、几何平均直径(GMD)、水稳性团聚体稳定率(WASR)、团聚体破坏率(PAD)、分形维数(D)和有机碳储量,并分析各指标间关系。结果表明:蓄水处理较传统排水处理可有效降低0~30cm土层土壤容重幅度为1.3%~4.2%,同时提高土壤孔隙度和田间持水量。干筛和湿筛处理下0~30cm土层土壤稳定性均呈现蓄水处理高于排水处理,土壤WMD和GMD表现趋势相似且均随着土壤深度的增加而增加;土壤水稳性团聚体稳定率提高幅度为14.5%~53.4%;平均团聚体破坏率较排水处理低3.2%,差异显著(P0.05)。蓄水处理可有效提高0~30cm土层土壤有机碳含量和有机碳储量,两者分别较排水处理高13.4%~27.9%和9.9%~18.8%。0~30cm土层土壤平均团聚体破坏率、分形维数与土壤有机碳储量(Y)均存在负相关关系,且相关系数分别为r=0.927 0和r=0.969 3,差异性显著(P0.05)。综上所述,蓄水处理较排水处理可有效改善土壤质量,提高土壤稳定性及土壤有机碳储量,可良好的实现盐碱地治理。     

生物炭和秸秆施用对复配土壤物理性状及团粒结构的影响

为了探明生物炭和秸秆施用对砒砂岩与沙复配土壤物理性状和团粒结构的影响,进而为复配土壤的结构改良提供理论依据。通过盆栽试验,选取砒砂岩与沙(1∶2)复配土壤作为研究材料,设置4个处理(CK:复配土;T1:复配土添加5%的生物炭;T2:复配土添加5%的秸秆;T3:复配土添加2.5%生物炭+2.5%秸秆),3个重复进行试验,对复配土壤的容重、田间持水量和团粒结构进行研究。结果表明:(1)各处理和空白对照CK相比,均显著降低了复配土壤容重,提高了复配土壤的田间持水量,其中T3对复配土壤容重和田间持水量的影响程度明显强于T1和T2;(2)各处理表层土壤R_(0.25)含量均优于空白对照CK,其中T3对复配土壤DR_(0.25)和WR_(0.25)含量影响显著,T1和T2仅对复配土壤WR_(0.25)含量影响显著;(3)干筛和湿筛下,各处理复配土壤平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)的大小顺序为:T3T2T1,T3处理对两者的影响程度均达到了显著水平。生物炭和秸秆还田混合施用更加有利于促进复配土壤结构的改善和团粒结构的增加。     

施用有机肥对土壤团聚体的影响研究

为研究施用不同有机肥对土壤团聚体的影响,在马龙县旧县镇花龙潭进行了有机肥田间试验。以不施肥作为空白对照,研究不同施肥处理对机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的影响以及有机质含量和土壤团聚体的关系。结果表明,与空白对照相比,其他处理均能不同程度提高土壤中0.25mm团聚体的含量,其中WP有机肥+有机碳配施对团聚体的影响已经达到了显著水平。与空白对照相比,各处理土壤中有机质的含量均有升高。因此,施用不同有机肥可以增加土壤团聚体水稳性和机械稳定性,提高土壤有机质含量,改善土壤结构。     

生物炭对矿区重金属污染土壤养分影响及修复效果

通过生物炭—辣椒盆栽试验,研究果木炭与猪粪炭在0%(CK)、5%(G5和Z5)和10%(G10和Z10,以风干土计)添加量下,种植辣椒后对重金属污染土壤养分及修复效果的影响。结果表明:添加生物炭后(未种植作物),与CK组相比,土壤全氮、有效磷和速效钾含量明显增加,且添加猪粪炭对养分含量提升效果更显著。种植后,土壤有效磷和速效钾含量均有所下降,而仅添加猪粪炭使全氮含量有所下降。种植前后猪粪炭添加有利于土壤养分的提升与保持,且Z10组效果最佳。生物炭对Pb、Hg和Cd的修复效果依次减弱。其中,猪粪炭添加对三种重金属的修复效果整体较优,且修复效果随猪粪炭浓度增加显著增强;果木炭对Pb和Hg的修复效果较好,对Cd的修复效果较不稳定,后期治理中可优先选用猪粪炭进行修复。     

不同轮耕方式对新增耕地土壤团聚体分布及稳定性的影响

为了探明不同轮耕方式对以生土为构建材料的新增耕地的土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响,于2018年10月对免耕—深松—免耕、免耕—深松—翻耕、深松—深松—深松、深松—深松—翻耕四种不同的轮耕方式下0～20cm土层土壤进行采集,分析轮耕方式对土壤团聚体粒径、数量及其结构稳定性的影响。研究结果表明:在新增的可耕作土地中采取不同的轮耕方式,其中深松耕作的次数越多,0.25mm风干团聚体含量越高,土壤团聚度越高;免耕次数越多,0.25mm的水稳性团聚体含量越高,水稳性团聚度越高,团聚体破坏率越小;翻耕则会降低土壤团聚体含量。相关分析表明,影响土壤团聚体平均质量直径(MWD)的主要限制因素为大团聚体含量,容重、孔隙度、团聚体破坏率等因素对其影响不显著。综上,免耕—深松—免耕模式下,土壤水稳性团聚体含量较高,团聚体稳定,形成的土壤结构良好,为新增耕地可采用的优化轮耕方式。     

不同秸秆还田方式对土壤有机质及速效养分的影响

为探明不同秸秆还田方式对大田表层(0~5cm)土壤有机质及速效养分的影响,设置4种不同秸秆还田方式:秸秆不还田(CK)、秸秆焚烧还田(SA)、秸秆粉碎还田(SC)、秸秆高留茬还田(SH)。结果表明:秸秆直接还田(SC、SH)显著提高了土壤有机质含量(P0.05),在玉米苗期、大喇叭口期、成熟期相比CK提高幅度分别为0.5%~5.3%、2.6%~9.5%、4.5%~18.9%;秸秆焚烧还田降低了土壤有机质含量,各时期分别比CK降低8.9%、14.7%、8.5%。对速效磷、速效钾的影响,各处理表现为SCSHSACK,经过玉米生育期,三种还田处理的速效磷、速效钾含量分别比CK提高了24.5%~53.9%、24.6%~70.9%。玉米生育期内,SA、SC、SH的速效氮(硝态氮、铵态氮)含量相比CK的增加幅度呈现先减小后增加的趋势。SC的硝态氮含量在玉米苗期和大喇叭口期高于其他处理,铵态氮含量在玉米成熟期高于其他处理;SA的硝态氮含量在玉米成熟期高于其他处理,铵态氮含量在玉米苗期和大喇叭口期高于其他处理;经过玉米生育期,三种还田处理的硝态氮、铵态氮分别比CK提高了9.4%~57.2%,10.5%~50.2%。综合各项指标,秸秆粉碎还田处理对土壤有机质和速效养分的积累有最明显的作用。     

基于计算实验的砒砂岩与沙复配土团聚结构与质地变化的仿真研究

团聚体的形成主要靠粘粒的内聚力及铁铝氧化物的胶结作用,本文考虑单一因素粘粒对团聚体形成的影响,并定量化表达和探讨对有机质含量较小的砒砂岩和沙复配土中粘粒和水稳性团聚体的相关性,并通过计算机模拟仿真进行相关性验证,达到以土壤质地中粘粒的含量预测土壤团聚体的目的。本文将砒砂岩与风沙土分别按1∶1,1∶2,1∶5和0∶1质量比复配并在2010年建立小区,经过20102013年连续4年的试验连续取样观测,用激光粒度分析仪和湿筛法分别对其粒度组成及水稳性团聚体分析研究。根据混合后未种植以及20102013年5次实验数据表明(相关系数分别是0.742、0.794、0.887、0.714、0.755),不同年份的粘粒含量和团聚体具有正相关性,且相关性随年份变化相对稳定,时间变异不大。根据multi-agent(MAS)方法建立人工土壤团粒模型(Artificial Soil Aggregates Model,简称ASAM),以粘粒含量对团聚体含量的进行预测,预测结果与实测值基本吻合。研究结论:(1)针对有机质含量较少的砒沙岩与沙复配土,粘粒含量和团聚体含量具有较好的正相关性,且相关性随年份变化相对稳定;(2)仿真结果表明,利用ASAM模型仿真,计算仿真结果与实测数据趋势基本一致,首次将计算实验方法应用于复配土壤微结构变化过程研究,对不同复配土壤微结构变化定量描述提供了新的方法,并对土壤复杂性仿真提供了一条可行性途径,具有一定推广和应用前景。     

施用厨余有机肥对皖北小麦产量及土壤理化性质的影响

为探究厨余废弃物资源化利用对皖北小麦产量和土壤理化性质的影响，本文开展为期两年的有机肥替代化肥试验，设置4个处理，即厨余有机肥替代20%化肥（COF20）、商品有机肥替代20%化肥（SOF20）、纯施化肥（UF）和不施肥（CK），在成熟期对小麦产量及土壤养分进行测定分析。结果表明，COF20和SOF20处理的小麦产量和土壤养分含量均显著高于对照组CK，但产量相较于UF处理有所下降；COF20和SOF20处理下的土壤容重均显著低于UF和CK，同时两种有机肥替代处理下的1～2 mm、0.5～1.0 mm非水稳性团聚体所占比例显著高于UF和CK;COF20和SOF20处理显著提高土壤pH，缓解土壤酸化问题；此外，COF20处理下的土壤有机质、全氮和碱解氮显著高于其他处理。总体来看，厨余有机肥替代化肥能够提高土壤肥力，有助于皖北地区小麦稳产。     

长期施肥对不同粒级组分土壤微生物量碳氮的影响

土壤微生物作为土壤肥力的重要组成部分,其生物体含量会受到不同施肥措施的影响而有所差异,从而影响土壤肥力。本研究以贵州黄壤长期定位施肥试验为依托,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)和常量有机无机肥配施(MNPK)4个处理,运用氯仿熏蒸-K_2SO_4提取法对全土、粗颗粒、微团聚体和黏粉粒4个组分的土壤微生物生物量碳氮分布特征进行研究。结果表明:长期施用化肥(NPK)和有机肥(M和MNPK)均能增加各组分土壤微生物量碳(SMBC)和土壤微生物量氮(SMBN)含量,且基本随粒级的减小而降低。较CK处理,有机肥处理(M和MNPK)使所有组分SMBC含量显著增加,以粗颗粒组分增幅最大,SMBN含量仅在全土和粗颗粒组分中表现出显著差异。与CK处理相比,全土微生物熵(qMB)、微生物量氮占比(SMBN/TN)分别在MNPK处理和M处理下达显著差异,同时qMB随粒级的减小而减小,微生物量碳氮比(SMBC/SMBN)在各施肥处理中差异较大(NPKMCKMNPK)。团聚体组分qMB在有机肥处理下的效果好于化肥处理,而SMBN/TN在化肥处理下的效果好于有机肥。全土SMBC和SMBN分别与其qMB和SMBN/TN达显著正相关,粗颗粒和微团聚体组分的微生物量碳氮含量与全土微生物量碳氮含量有显著的相关性,说明长期施用有机肥可有效增加土壤微生物量碳氮含量,且随粒级的减小而减小,其中以粗颗粒组分变化最敏感。     

连续秸秆还田对东北黑土区耕层土壤肥力的影响

为了研究长期秸秆覆盖还田对黑土区玉米—大豆轮作下土壤肥力的影响,本试验于2007~2013年在中国科学院东北地理研究所海伦生态实验站开展田间定点试验,选择该地区典型性的土壤类型—黑土为研究对象,以大豆和玉米轮作为主要种植模式,研究了无肥(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPK+S)3种处理对土壤耕层(0~20cm)有机质含量及土壤养分的影响,并与2007年初期土壤进行比较。结果表明,与CK处理、NPK处理和初始土壤相比,NPK+S处理增加了土壤有机质和总磷含量,同时,秸秆还田配施化肥与单施化肥处理相比,碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高了8.44%、119.91%和10.03%,提升作用显著。通过试验可以得出,秸秆还田配施化肥不仅能提高黑土有机质含量,还能明显改善土壤的养分状况,对黑土肥力提升具有积极意义。     

不同修复材料对空心菜铅镉重金属富集特征的影响研究

采用Pb、Cd复合污染的土壤进行盆栽试验,以空心菜为试验对象,分别研究有机质、生物炭和铁渣对空心菜-土壤系统中空心菜生长状况以及重金属Pb和Cd累积与分布的影响,探寻不同修复材料对空心菜Pb、Cd富集的影响。结果表明:添加5g·kg~(-1)铁渣的处理能显著降低土壤中Cd含量,添加20g·kg~(-1)有机质的处理则能显著降低土壤中Pb含量。空心菜叶片对Cd的吸收效果显著高于空心菜茎对Cd的吸收效果,其中添加10g·kg~(-1)生物炭和铁渣的空心菜叶片吸收效果最佳。添加有机质和生物炭处理中的空心菜叶片对Pb的吸收效果优于空心菜茎,但是添加铁渣处理的空心菜中茎对Pb的吸收效果优于叶片。其中添加10g·kg~(-1)生物炭的空心菜叶片对Pb的吸收效果最佳。     

秸秆生物炭在重金属污染土壤修复中的应用潜力分析

土壤重金属污染已经引起人们的广泛关注,而生物炭由于其较高的比表面积、丰富的表面官能团以及较高的阳离子交换量(CEC)等性质,对环境中的无机和有机污染物均有较好的去除效果。本文综述了近年来有关生物炭用于土壤重金属污染修复的研究,探讨了秸秆生物炭修复重金属污染土壤的应用潜力。大量研究表明,生物炭可以作为一种新型钝化材料用于重金属污染土壤的修复。今后应该加强研究,开展相关土壤重金属污染修复效果评价,以达到保障粮食安全和固体废物合理利用的目的。     

砒砂岩与沙复配土体的植物营养保障措施研究

为探索适宜砒砂岩与沙复配土土体有机重构的植物营养保障措施,开展以生物炭为改良剂的不同梯度盆栽试验,得到适合复配土肥力提升的生物炭施用比例,为复配土的植物营养保障提供技术支撑。研究表明:生物炭能够有效提高土壤持水保肥能力,有利于提高土壤营养元素利用效率。其中投加30g·kg~(-1)生物炭,复配土中各养分含量最高,且作物长势较好;生物炭对复配土中速效钾、有效磷、铵态氮的提升可持续性较好,对复配土中硝态氮提升可持续性较差;在适当比例的生物炭作用影响下,会较好的提升复配土的肥力,若过量施用会抑制作物生长。     

长期施肥对旱作塿土总有机碳的影响研究

本研究以关中旱作塿土18年长期肥料定位试验土壤为试材,探讨不同施肥处理对土壤总有机碳的影响。本文涉及的施肥处理包括:(1)对照不施肥(CK);(2)单施氮肥(N);(3)氮钾肥(NK);(4)氮磷肥(NP);(5)磷钾肥(PK);(6)氮磷钾肥(NPK);(7)有机肥+氮磷钾肥(MNPK)。研究结果表明,(1)与对照相比,无论单施NPK化肥还是有机无机肥配施,耕作层土壤总有机碳含量均有不同程度的提高,但有机肥和化肥联合施用效果更好。随时间延长,有机无机肥配施的土壤总有机碳增长率呈递减趋势;(2)长期平衡施肥(NPK处理)有利于保持和提高耕层土壤总有机碳含量,其他不平衡施肥(NP、NK、PK处理)也可以增加土壤总有机碳含量,但长期单施氮肥会导致土壤总有机碳含量降低;(3)有机无机肥配施对提高耕层土壤总有机碳含量效果优于其它处理;不同施肥处理总有机碳含量随土层剖面垂直分布均有下降趋势,在下层土壤中不同施肥处理的总有机碳含量差异不显著。综上可见,长期有机无机肥配施可显著增加土壤有机碳含量,平衡施用无机化肥也能够在一定程度上维持或提高土壤有机碳水平。     

不同比例砒砂岩与沙复配对作物产量及土壤性质的影响

通过小区模拟试验,研究不同比例砒砂岩与沙复配对作物产量及成土理化性质的影响,寻找适宜作物生长的最佳混合比例。砒砂岩与沙混合比例共设3个处理:1:1(C1)、1:2(C2)和1:5(C3),每处理重复3次,种植作物为冬小麦。试验结果表明:小麦产量以C3处理增产效果最佳,比C2处理增产4.4%,比C1处理增产8.7%。新复配土壤容重C3C2C1,水稳性团聚体C1C2C3,有机质C3C2C1。种植一季作物后各处理土壤容重均有所下降,水稳性团聚体均有所升高,有机质C1、C2处理有所提高,C3处理稍有下降,土壤养分含量除有效磷外,全氮、速效钾及有机质均处于极低水平,在随后的推广应用中应不断加大氮肥和钾肥的投入,增施有机肥,提高复配土壤的养分水平,从而达到新增耕地的可持续利用。该研究可为毛乌素沙地的开发利用、沙化土壤的治理以及当地水土流失的防治提供理论依据和技术支撑。     

微生物土壤改良剂对复配土养分及作物产量的影响

以砒砂岩与沙复配土壤(简称"复配土")为研究对象,以微生物土壤改良剂为添加材料,通过盆栽试验,研究了不同施用量对玉米不同生育期内土壤养分含量以及作物产量的影响。结果表明:施用微生物改良剂对复配土具有解钾、释磷、固氮作用,能够显著提高复配土的土壤养分,尤其对铵态氮和速效磷的提升效果显著;从整个玉米生育期来看,施用微生物改良剂对土壤速效钾、速效磷、铵态氮和硝态氮的影响主要表现在生长前期(拔节期和大喇叭期),而对有机质的影响主要体现在成熟期;就不同施用量处理而言,M2处理(1.0 g·kg~(-1))的增产效果最佳,与对照相比,穗长、行粒数、单穗重、百粒重分别增加了13.8%、7.9%、26.4%、14.1%。本研究可为复配土培肥增产提供技术参考。     

黄土旱塬施氮模式对春玉米产量和水肥利用效率的影响

通过3a田间试验,研究了不同施肥模式对春玉米产量、耗水量、水分利用效率及氮肥利用效率的影响。试验于2013年4月至2015年9月,在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站进行,供试作物为春玉米,半覆膜种植。试验共设不施氮对照(CK)、传统施氮(TR)、减量施氮(DR)、缓控释肥(SR)4个处理,定期测定玉米产量、土壤剖面含水量等指标。结果表明:3a试验期间,与TR相比,DR、SR在施氮量减少25%的条件下,春玉米产量无显著差异。TR、DR、SR处理下的春玉米产量分别为13 416.2、13 270.1、13 063.0kg hm-2。施氮显著影响作物水分利用效率,CK、TR、DR、SR处理的水分利用效率值分别为12.6%、24.7%、28.3%、28.8%,DR、SR处理较TR处理,显著增加了土壤水分利用效率,其增幅分别为14.0%、16.0%。CK、TR、DR、SR处理的耗水量依次为376.3、547.4、469.6、452.1mm,与TR相比,DR、SR处理显著降低了土壤耗水量,其降幅分别为14.2%、17.4%。DR、SR处理在连续3a施氮量减少25%的同时,不仅保证了春玉米产量、氮肥利用效率、地上部生物量不降低,而且减少了土壤耗水量,增加了土壤水分利用效率。因此,在土壤干旱贫瘠的黄土高原地区,减少肥料施用量和施用缓控释肥是一种科学合理的施肥管理方式。     

风沙土中有机碳矿化对砒砂岩添加的响应

土壤有机碳为生物转化过程提供物质能源,在土壤质量评价及养分循环中起着至关重要的作用。本研究选择砒砂岩与沙复配比为0∶1(CK)、1∶5(C1)、1∶2(C2)和1∶1(C3)四个处理的土壤进行室内培养试验,利用碱液吸收法分析土壤有机碳的矿化过程。结果表明,与CK处理相比,C1、C2和C3处理的增幅分别为205.24%、182.27%和365.14%(P0.05)。有机碳矿化速率可分为1～8d的快速上升与下降阶段、8～30d的不稳定下降阶段和30～60d的平稳下降阶段。有机碳累积矿化量与培养时间符合动力学方程[Ct=C0(1-e-kt)]的指数变化趋势(P0.01)。随着培养时间的延长,有机碳的累积释放强度逐渐减弱。与CK处理相比,C1、C2和C3处理的有机碳累积矿化量和潜在可矿化有机碳含量增幅分别为106.97%～225.93%和112.22%～254.08%。累积矿化率和C0/SOC的变化趋势一致,表现为C1CKC3C2,其中C2处理的降幅最大。可见,砒砂岩与沙复配比为1∶2时,土壤有机碳的单位损失率最低,较其他处理可间接促进土壤有机碳的积累,为砒砂岩与沙复配成土关键技术提供理论借鉴。